大崗山水電站庫區鄭家坪變形體應急處置

陳 興 澤， 趙 連 銳， 廖 勇， 曾 露

(1.國電大渡河大崗山水電開發有限公司，四川 石棉 625409；2.四川鐵投城鄉投資建設集團有限責任公司，四川 成都 610041)

0 引 言

近年來，部分地處西部高山峽谷地區的大型能源、交通工程在建成投用的同時，也深受伴隨其身的大型變形體或滑坡體等地質災害的“困擾”，工程的正常運營及人民生命財產的安全受到了嚴重威脅。[1-4]。針對這些大型變形體(滑坡體)，國內外現階段的文獻主要集中于研究其成因機制、動態演化過程、時空分布規律、災害影響、風險評價體系、防災減災措施等偏理論方面，系統性論述應急處置實踐經驗的較少。而對地質災害及時、科學、妥當的應急處置是地質災害理論研究的主要意義之一，也是對科學技術方面要求最具體和最突出的工作階段[5]。同時，地質災害應急防治是一項各階段相互聯系的工作，是有組織的科學與社會行為[5]，故深入分析研究典型案例的實踐經驗具有很重要的現實意義。

1 概 況

鄭家坪變形體位于大渡河大崗山水電站水庫右岸，S217省道淹沒復建公路(以下簡稱“復建公路”)K8+030 m―K10+750 m之間，距離壩址約11.8～15.0 km，總體積約5 500萬m3(見圖1)。

大崗山水電站于2015年10月份四臺機組全投，并首次蓄水至正常蓄水位高程1 130 m。同月，復建公路K9+400 m―K9+500 m段開始出現沉降變形，至12 月底，公路邊坡及擋墻出現多處裂縫。2016年3月，在與路面高差47～110 m之間的公路邊坡開口線外發現數條寬10～70 cm的裂縫，同時在公路內側邊坡擋墻及外側便道路面發現橫向裂縫，上、下邊坡多條裂縫基本貫通；內側部分邊坡擋墻在變形體擠壓作用下出現鼓包。同年4月下旬，變形體上游側及前緣水庫水面有大量氣泡冒出，在其后4月底至10月的雨季，上邊坡發生數次零星垮塌。

圖1 鄭家坪變形體全貌照

2 應急處置的實施

2.1 勘察與界定

為查明鄭家坪變形體的邊界、規模、裂縫分布、微地貌形態特征、工程地質特性等，在發現相關變形跡象之后，相關單位立即組織開展了資料收集、測繪、現場調查、鉆探、洞探、巖土體物理力學試驗等變形體勘察與界定相關工作。根據變形特征，將變形體劃分為了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區，具體如下：

Ⅰ區位于復建公路K9+430 m―K9+600 m段，以兩旁沖溝為側邊界，后緣開裂高程約1 260 m，體積約50萬m3。該區變形強烈，后緣裂縫與上、下游側邊界裂縫已基本貫通，形成了半橢圓形邊界，內側公路邊坡和外側防撞墻可見裂縫，公路邊坡有數處局部崩塌，水下可能有小型塌滑。

Ⅱ區位于復建公路K9+052 m―K9+430 m段(Ⅰ區下游)、K9+600 m―K10+120 m段(Ⅰ區上游)，后緣高程一般1 200 m以下，局部達高程1 330 m，體積約150萬m3(上游區體積約70萬m3，下游區體積約80萬m3)。變形主要表現為公路路面沉降裂縫、邊坡混凝土噴層裂縫脫落等，公路邊坡有數處局部崩塌。

Ⅲ區位于復建公路K8+030 m―K8+800 m段，高程1 270 m以下，體積約120萬m3。變形主要表現為公路擋墻沉降裂縫、邊坡混凝土噴層裂縫等，公路邊坡局部崩塌，公路邊坡后緣存在裂縫。

2.2 變形監測

為及時掌握變形體的位移及發展趨勢，組織開展了包括外部變形監測、深層側向位移監測以及裂縫監測三部分的變形監測。

2.2.1 外部變形監測

外部變形監測采用GNSS(全球衛星導航系統)方法進行自動觀測，實現了對變形體的連續實時監測。當現場信號較差無法接受到數據時，采用傳統人工監測的方式對變形體進行監測，確保及時掌握變形體的變化狀態與發展趨勢。

2.2.2 深層側向位移監測

深層側向位移監測采用3個深度達到80 m的測斜孔進行，觀測頻次為1次/周，并根據鄭家坪變形體變形情況進行調整。

2.2.3 裂縫監測

裂縫監測采用游標卡尺對裂縫寬度進行量測，量測頻率為：在裂縫發育較顯著時為每天上午、下午各一次，其后每天一次；在裂縫發育較緩慢后調整為1次/周。

鄭家坪變形體監測成果及變形情況每天兩次以短信方式向相關單位及地方政府報送。同時每周、每月形成周報和月報，對變形趨勢進行階段性總結分析；當變形體位移每日變化量>10 mm，監測短信發送頻率變更為每小時一次，并在當日發布簡報。

2.3 分析定性

2.3.1 變形破壞原因分析

通過地表地質調查、邊坡變形發展過程，以及鉆孔、平硐勘探成果分析，鄭家坪變形體邊坡變形破壞的內因在于其發育于大渡河斷裂帶夾持的三疊系白果灣組(T3bg)薄層狀砂頁巖地層中，順層結構面發育，巖體傾倒變形強烈；外因在于復建公路開挖切腳、公路通行、水庫蓄水、降雨等導致坡體前緣穩定條件變差。水庫蓄水對坡腳巖土體的改造，降雨沿地表裂縫入滲弱化巖土體物理力學性狀，進一步加劇了坡體的變形破壞[6]。

2.3.2 穩定性分析

經地表地質調査、變形監測以及邊坡穩定性計算分析，綜合判斷認為：

鄭家坪變形體是水庫蓄水前已存在的，形成于地質歷史時期地表以里一定深度范圍內的傾倒變形體，天然條件下(蓄水前)處于穩定狀態。

監測資料顯示，變形體Ⅰ區每天變形量為3.12～8.54 mm，整體處于初期變形階段，邊坡處于臨界穩定狀態，可能形成滑坡。Ⅰ區局部穩定主要受公路邊坡上部覆蓋層和碎裂松動巖體控制，可能產生蠕滑―拉裂型滑坡或崩塌。

變形體Ⅱ區地形較陡，每天變形量小于1 mm，總變形量在10 mm左右，整體處于基本穩定至臨界穩定狀態。Ⅱ區局部穩定受公路開挖邊坡上部土體或碎裂松動巖體控制變形體。

變形體Ⅲ區大渡河斷裂F1斷層位于庫水位以上，加之白果灣組地層出露寬度變窄，巖體傾倒變形相對較弱，地表大樹直立，巖土體中未見貫通性裂縫，蓄水后后緣裂縫無新的變化，整體基本穩定。Ⅲ區局部穩定受公路開挖邊坡上部土體或碎裂松動巖體控制。

變形體穩定性計算結果顯示，Ⅰ區整體在蓄水、暴雨工況下邊坡處于臨界穩定狀態，地震工況下可能整體失穩；變形體Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區公路內側邊坡局部穩定性差，在各種工況下存在拉裂、局部掉塊和垮塌的風險。

2.3.3 危害分析

主要對變形較大及地質災害危險性最大的Ⅰ區進行分析，具體如下：

因大崗山電站水庫庫容較大，在正常蓄水位1 130.00 m時，該段水庫回水深度約110 m，變形體Ⅰ區整體失穩時雖屬于大型滑坡，但不會形成堰塞湖次生災害。

根據中國水利水電科學研究院黃種為、董興林等的經驗公式進行的滑坡涌浪分析成果如下：

假定鄭家坪變形體Ⅰ區整體下滑，水庫水位1 130 m時，估算在入水點引起的涌浪高度為6.76～19.39 m，傳播到壩址時約為0.36～0.81 m，小于大崗山拱壩的5 m超高，不會對電站運行產生危害性影響，但涌浪對水庫上下游約6 km范圍將產生較大的影響，需注意水上、水邊活動的安全。

對右岸(本岸)的影響：復建公路將中斷， I區上部土地受影響；涌浪傳播到右岸下游約400 m處的高度約為2.87～6.37 m，爬坡后的高度仍低于該處公路和公路內、外側村民房屋的高程，不會影響該處公路和房屋安全。

對左岸(對岸)影響：入水點對岸涌浪最大爬坡高度7.06～20.24 m，因左岸庫周公路較髙，路面高程約1 280 m，涌浪對其影響不大；但左岸上游新華滑坡距離鄭家坪變形體較近，涌浪到達對岸爬坡后對滑坡穩定不利，可能引發新華滑坡前緣產生塌滑破壞。

綜合分析認為，鄭家坪變形體短時間內整體失穩下滑的概率較低，現階段面臨的主要威脅是復建公路內側局部邊坡隨時可能發生掉塊和垮塌，威脅公路的安全、順暢通行。

2.4 安全應急措施

鑒于該段復建公路是進出四川藏區乃至西藏地區的重要通道，確保該路段持續安全、順暢通行有特別重要的意義，故無法簡單采取封閉道路、完全中斷通行的應對措施。為此，2016年3月在發現裂縫明顯變化后，相關單位隨即采取了如下安全應急措施：

(1)為避免雨水滲入加劇變形，在變形區域后緣外側布置截水溝，同時對裂縫采用塑料膜進行封閉處理；為防止邊坡滾石危及過往車輛安全，采取了沿公路內側擋墻布置被動防護網、對山體沖溝部位邊坡噴素混凝土等臨時防護措施；此外，為利于車輛快速通過，并盡可能遠離掉塊滑渣，對邊坡易垮塌地段的公路在路基外側采用鋼筋石籠碼砌、內側回填碎石以擴建拓寬。

(2)在變形體上、下游復建公路上設置了十余塊醒目的地質災害警示牌、安全通行警示牌，提高警示提醒效果。

(3)與地方公安、交通部門聯合發布交通管制通告，并在變形體兩端設置交通管制站，對途徑該段的車輛實施交通管制：禁止五軸以上(含五軸)貨車通行，其它車輛每日7∶00～19∶00單邊觀察通行，其余時間和大雨及以上天氣、山體邊坡發生落石滑坡或變形體位移每小時變化量>10 mm等異常情況時，禁止通行。管制站安排專人24 小時三班值守，對過往人員及車輛進行告誡、勸阻，與地方公安部門共同引導社會車輛通行。

(4)在易垮塌地段設置觀察哨，實行三班制，每班4人，發現上邊坡滾石、塌方等馬上用警報器報警，同時用對講機通知兩端管制點禁止車輛及行人通行，并及時將險情上報。

(5)在變形監測之外，每日安排4人對邊坡進行巡視檢查，檢查內容包括邊坡是否新出現裂縫以及已有裂縫深度和寬度的變化情況，是否出現掉渣或掉塊現象，坡表有無隆起或下陷，并做好巡視記錄。

(6)成立應急領導小組和應急搶險隊伍，編制應急預案并進行演練，同時，將預案向地方政府進行報備。給應急搶險隊伍配置救生衣、照明電筒等應急品；現場配備一臺15 kW柴油發電機、2臺裝載機和2臺挖掘機，同時配備一艘6座快艇和一艘撈渣船，停靠于大崗山大壩附近，根據需要隨時投入應急搶險；為便于夜間照明觀察，在現場增配了多盞探照燈；在變形體正對面的庫區左岸設置紅外線攝像頭，對變形體區域進行24小時監控，及時留存突發狀況的影像資料。

(7)每天安排有專門人員和設備對變形體路段的路面清掃、清理，保證路面整潔；根據天氣情況，安排灑水車對路面進行灑水除塵、保濕，以保證觀察人員和駕駛員視野清晰。

2.5 工程臨時處置措施

由于鄭家坪變形體永久治理實施難度大、周期長，而道路保通意義又特別重大，故尚需在上述安全應急措施的基礎之上，采取進一步的工程臨時處置措施，以盡可能降低永久治理完成前的通行安全風險。經相關單位會同地方政府的多次討論研究，決定采用“減載+錨噴支護”的臨時處置工程方案進行道路保通，具體方案如下：

(1)復建公路K9+370―K9+633段(Ⅰ區)：以公路內側邊沿為基點，按1:1的坡比進行放坡，每20 m設置寬3 m的馬道。從上到下每開挖完成一級后進行系統掛網噴錨支護，錨桿采用φ25自進式中空錨桿，間排距2 m×2 m，梅花形布置，錨桿長度為4.5 m，掛鋼筋網φ6.5@20 cm×20 cm，噴C25混凝土厚12 cm。完成支護后才能進行下一級施工。

(2)復建公路K9+270―K9+370段(Ⅱ區)：在高程約1 335 m處設置施工開口線，在開口線附近先設置6 m長φ25自進式中空錨桿進行鎖口，完成后再按1∶1的坡比進行放坡，第一級設置為高差15 m、馬道寬3 m的邊坡，以下則每30 m設置寬3 m的馬道至公路，支護參數及要求同I區。

(3)對其他存在掉塊和垮塌風險的公路邊坡進行支護處理，支護參數同I區。

3 應急處置的成效

(1)在鄭家坪變形體應急處置中，由于相關單位反應迅速、應對科學和處置妥當，避免了省道S217線石棉至瀘定段的中斷，保證了過往車輛和人員的安全，實現了重大地災下長時間零傷害。據不完全統計，在GNSS監測數據的實時指導及所建應急機制的果斷、有效響應下，應急處置的過程中成功實現緊急避險5次，估計避免因人員傷亡和車輛損毀造成的直接經濟損失超過2 000萬元，有力地維護了地方社會的穩定。

(2)鄭家坪變形體工程臨時處置措施于2016年年底實施完畢。變形體在經過減載后，變形監測數據趨于收斂，相關部位也在開挖支護后，再未發生過垮塌，目前，復建公路通行正常。

(3)在對鄭家坪變形體發展趨勢及危害的正確研判下，大崗山水電站避免了不必要的低水位運行，初略估算避免的間接經濟損失超過1.2億元。

4 結 語

(1)鄭家坪變形體總變形規模大，嚴重影響了S217省道淹沒復建公路石棉至瀘定段的安全、順暢通行，但在相關單位的迅速反應、科學應對和妥當處置下，保持了省道的通暢，實現了重大地質災害下長時間零傷害，避免了不必要的損失，經濟和社會效益顯著。

(2)中國地質環境監測院劉傳正曾指出，高效有序地應對重大突發地質災害的應急行動可概括為6“快”，即“快調查、快監測、快定性(會商)、快論證、快決策(應對)和快實施”[6]。對鄭家坪變形體的成功應急處置，十分吻合這一經驗。

(3)鄭家坪變形體的應急處置，是企業聯合地方政府智慧應對重大地質災害的一次成功協作，對國內地質災害的應急響應具有巨大的參考和借鑒意義。

(4)針對鄭家坪變形體的永久根治，在遵循“有利于變形體的根治，有利于保通期的安全，有利于造價控制，有利于快速實施，有利于后續移交”的原則下正在積極研究中。